CN101471532B - 一种能够防止倍频退转换的倍频方法及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够避免倍频退转换的倍频方法及激光器，本发明方法包括以下步骤：(1)将激光源发出的基频光通过一倍频材料倍频后，通过一个二向色镜分成两路；(2)将第一个单程产生的倍频光通过一倍频光的1/4波片和一反射镜改变偏振方向后，返回并通过所述倍频材料；(3)将第一个单程剩余的基频光经一反射镜反射回所述倍频材料，进行第二次倍频；(4)将从所述倍频材料出来的双程倍频光和第二个单程剩余的基频光，通过一个二向色镜分成两路，所述双程倍频光输出，所述第二个单程剩余的基频光返回。本发明通过将第一单程的倍频偏振方向旋转90°，从而阻止了倍频光向基频光的退转换，提高了激光倍频转换效率。本发明可以广泛用于各种内、外腔式固态激光器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器，特别是关于一种能够防止倍频退转换的倍频方法及激光器。
背景技术
在设计利用非线性材料的非线性效应来获得倍频激光输出的固态激光器时，一般希望获得高功率的激光输出。全固态倍频激光器分为两大类：外腔式和内腔式，前者由于腔外基波功率密度低，一般转换效率较低；后者直接利用了腔内较高的基波功率密度，因此可有效地进行非线性变换。内腔式中的基频光一般采用双程通过非线性材料的方式，来回产生倍频光。这种方法的初衷是延长激光和非线性材料相互作用的长度，以期将尽可能多的基频光转换成倍频光，而且这种双程产生的倍频光一起输出。但是，在这种双程输出的方法中，当倍频光增大到一定强度后，会发生“退转换”，即发生倍频光向基频光的转换，使得倍频输出功率和倍频效率降低。
David Eimerl在“Quadrature Frequency Conversion(正交频率变换)”(IEEEJournal of Qantum Electronics，Vol.QE-23，No.8，1987)一文中，采用级联的双非线性材料进行II类相位匹配倍频，二者切割方式使得在第一个材料中的快光和慢光方向分别是第二个材料中的慢光和快光方向。第一个材料中剩下的基频光在第二个材料中仍满足相位匹配条件，继续产生倍频光，但和第一个材料中产生的倍频光偏振方向垂直。从而，在第一个非线性材料中产生的倍频光传输到第二个材料中时，由于不满足相位匹配条件，不会发生向基频光的退转换。这种方法需要使用两个独立的倍频材料，并且只适用于II类相位匹配倍频过程。
Cygnus Laser Corporation的Raymond G.Beausoleil，Redmond，Wash在美国专利5,247,389“Nonliner Optical Frequency Converter(非线性光学频率变换器)”中，仍采用级联的倍频材料。由于在两个材料间采用了一个波片，使得在第一个材料中产生的倍频光偏振方向转动90度，因此在第二个材料中该倍频光不满足相位匹配，因此不发生“退转换”。
上述文献中，都需要采用两块非线性材料，虽然在美国专利5,247,389中提及采用单块非线性材料和波片就能实现防止退转换的方法，要实现这个方法却需要具有色散性的波片。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够防止倍频退转换的倍频方法及激光器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其包括以下步骤：(1)将激光源发出的基频光通过一倍频材料倍频后，通过一个二向色镜分成两路；(2)将第一个单程产生的倍频光通过一倍频光的1/4波片和一反射镜改变偏振方向后，返回并通过所述倍频材料；(3)将第一个单程剩余的基频光经一反射镜反射回所述倍频材料，进行第二次倍频；(4)将从所述倍频材料出来的双程倍频光和第二个单程剩余的基频光，通过一个二向色镜分成两路，所述双程倍频光输出，所述第二个单程剩余的基频光返回。
一种能够防止倍频退转换的倍频激光器，它包括产生基频光的激光源，腔镜，倍频材料，设置在倍频材料两端的二向色镜；其特征在于：相对所述倍频材料后方的二向色镜，设置一倍频光的1/4波片和一反射镜，使第一个单程中产生的倍频光来回通过所述倍频光的1/4波片后，偏振方向转动90°。
所述激光源发出的基频光为设置在内腔式激光器的激光材料发出的基频光。
所述激光源发出的基频光为外腔式激光器发出并经光隔离器入射的基频光。
所述倍频材料按照I类相位匹配角切割。
所述倍频材料按照II类相位匹配角切割。
所述基频光为连续输出的激光。
所述基频光为脉冲输出的激光。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有优点：1、本发明采用将倍频光通过波片，使偏振方向改变90度的方式，使第一次产生的倍频光在返回过程中，不再符合相位匹配条件，因此不会再转换成基频光；而在第一个单程中剩余的基频光在返回时由于仍满足相位匹配条件，因此可以继续转换成倍频光，从而使双程产生的倍频光都能有效输出，提高了倍频转换效率。2、本发明由于倍频转换效率的提高，使得在同样的基频光功率密度下，能获得更大功率的倍频光；同时本发明无需采用具有色散性的波片即可达到防止倍频退转换的目的。本发明可以广泛用于各种内、外腔式固态激光器中。。
附图说明
图1为本发明用于I类相位匹配和II类相位匹配的内腔式倍频实施例。
图2为本发明用于I类相位匹配和II类相位匹配的外腔式倍频实施例
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本实施例是采用I类相位匹配内腔式倍频。LM为Nd:YAG激光材料，NLC为按照I类相位匹配角切割的LBO倍频材料，WP为532nm倍频光的1/4波片，腔镜M1和M2对1064nm的基频光高反射，二向色镜M3对1064nm基频光高反射，对532nm倍频光高透射，二向色镜M4对1064nm高透射，对532nm高反射，反射镜M5对532nm高反射。
Nd:YAG产生的激光为“P”偏振态，经LBO倍频后产生“S”偏振态的532nm激光，该倍频光被二向色镜M4反射后，来回通过1/4波片WP，偏振方向转动90度，变成“P”偏振态。在返回过程中，经腔镜M2反射的1064nm的基频光继续被LBO倍频材料转换成“S”偏振态的532nm倍频光，而在第一个单程中产生的532nm倍频光由于已经变成“P”偏振态，不再满足相位匹配条件，因此不会退转换成基频光，双程产生的倍频光最后一起通过二向色镜M3输出。余下的基频光被M3反射后，继续在腔内振荡并放大。
实施例2：
本实施例是采用II类相位匹配内腔式倍频。LM为Nd:YVO4激光材料，NLC为按照II类相位匹配角切割的KTP倍频材料，WP为532nm倍频光的1/4波片，腔镜M1和M2对1064nm的基频光高反射，二向色镜M3对1064nm基频光高反射，对532nm倍频光高透射，二向色镜M4对1064nm高透射，对532nm高反射，反射镜M5对532nm高反射。
Nd:YVO4产生的激光偏振方向和纸面成45度角，经KTP倍频后产生“S”偏振态的532nm激光，该倍频光被二向色镜M4反射后，来回通过1/4波片WP，偏振方向转动90度，变成“P”偏振态。在返回过程中，1064nm的基频光继续被转换成“S”偏振态的532nm倍频光，而在第一个单程中产生的532nm倍频光由于已经变成“P”偏振态，不再满足相位匹配条件，因此不会退转换成基频光，双程产生的倍频光最后一起通过二向色镜M3输出。余下的基频光被M3反射后，继续在腔内振荡并放大。
实施例3：如图2所示，本实施例是采用I类相位匹配外腔式倍频。FL是基频光，P是光隔离器，NLC为按照I类相位匹配角切割的LBO倍频材料，WP为532nm倍频光的1/4波片，二向色镜M1和M2对1064nm的基频光高透射，对532nm倍频光高反射，反射镜M3对1064nm基频光高反射，反射镜M4对532nm倍频光高反射。
通过光隔离器P的FL基频光为“P”偏振态，经LBO倍频后产生“S”偏振态的532nm激光，该倍频光被二向色镜M2反射后，来回通过1/4波片WP，偏振方向转动90度，变成“P”偏振态。经二向色镜M2透射并被反射镜M3反射的1064nm基频光在返回过程中，通过LBO倍频继续被转换成“S”偏振态的532nm倍频光，而在第一个单程中产生的532nm倍频光由于已经变成“P”偏振态，返回通过LBO时，不再满足相位匹配条件，因此不会退转换成基频光。双程产生的倍频光最后一起通过二向色镜M1反射输出，光隔离器P避免余下的基频光返回和损伤其它光学器件。
上述实施例3也可以采用II类相位匹配外腔式倍频方式，情况与上述实施例3大致相同，故不再赘述。
Claims (10)
1.一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其包括以下步骤：
(1)将激光源发出的基频光通过一倍频材料，进行第一个单程倍频后，将第一个单程产生的倍频光和第一个单程剩余的基频光通过第一二向色镜分成两路；
(2)第一个单程产生的倍频光被所述第一二向色镜反射后，通过一1/4波片射到一反射镜后被所述反射镜反射再次通过该1/4波片，偏振方向转动90°，返回并通过所述倍频材料；
(3)将第一个单程剩余的基频光经所述第一二向色镜透射后，被一腔镜反射再次经所述第一二向色镜透射后，返回所述倍频材料，进行第二个单程倍频；
(4)将从所述倍频材料出来的双程倍频光和第二个单程剩余的基频光，通过第二二向色镜分成两路，所述双程倍频光输出，所述第二个单程剩余的基频光继续在腔内振荡并放大或者输出腔外并被光隔离器阻挡。
2.如权利要求1所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述激光源发出的基频光为设置在内腔式激光器的激光材料发出的基频光。
3.如权利要求1所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述激光源发出的基频光为外腔式激光器发出并经光隔离器入射的基频光。
4.如权利要求1或2或3所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述非线性材料按照I类相位匹配角切割。
5.如权利要求1或2或3所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述非线性材料按照II类相位匹配角切割。
6.如权利要求1或2或3所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述基频光为连续输出的激光。
7.如权利要求1或2或3所述的一种能够防止倍频退转换的倍频方法，其特征在于：所述基频光为脉冲输出的激光。
8.一种能够防止倍频退转换的倍频激光器，它包括入射基频光的激光源，腔镜，倍频材料，设置在倍频材料两端的二向色镜；其特征在于：相对所述倍频材料与所述腔镜之间的一所述二向色镜，设置一倍频光的1/4波片和一反射镜，使第一个单程中产生的倍频光被该二向色镜反射后，来回通过所述倍频光的1/4波片，偏振方向转动90°，所述激光源发出的基频光为外腔式激光器发出并经光隔离器入射的基频光或者为设置在内腔式激光器的激光材料发出的基频光。
9.如权利要求8所述的一种能够防止倍频退转换的倍频激光器，其特征在于，所述倍频材料采用按照I类相位匹配角切割的倍频材料。
10.如权利要求8所述的一种能够防止倍频退转换的倍频激光器，其特征在于，所述倍频材料为按照II类相位匹配角切割的倍频材料。
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